CN115178260B - 一种油气废气的高效催化分解方法及所用催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种油气废气的高效催化分解方法及所用催化剂，催化剂由金属颗粒、稀土金属氧化物、贵金属氧化物、常规金属氧化物、分散剂、去离子水组成。本发明提出的催化剂可以无需外加氧化性物质或还原性物质的条件下，以油气废气自身含有的多种气体为氧化剂和还原剂进行油气废气的催化分解，并且本发明提出的催化分解方法也无需外加热动力和电动力的驱使，催化分解过程安全环保，适用于石油化工、油气开采等行业。
Description
技术领域
本发明属于B01D53/86技术领域，具体涉及一种油气废气的高效催化分解方法及所用催化剂。
背景技术
石油化工行业、油气开采行业不可避免的会产生油气废气，油气废气的成分复杂，直接排放会对环境造成很大的危害。目前常见的油气废气处理方法是通过废气燃烧，去除废气中的可燃气体。然而对于石油化工、油气开采这类行业来说，在厂区或者工程范围内，出现高温或者明火容易引起爆炸和火灾。
中国专利CN109718848A公开了一种废气处理催化剂及处理方法，以铂金属和二氧化钛作为催化剂，可以很好的催化分解甲苯、一氧化碳等气体，但是该催化剂不能很好的催化分解氨类、烃类、醛类等气体；中国专利CN112536063A公开了一种处理含有NOx和VOC的废气的催化剂，但是该催化剂对于需要在400-450℃的条件下，才可以体现出优异的催化效果。
基于此，本发明提出了一种油气废气的高效催化分解方法及所用催化剂，可以在温和的和不加入外加物质的条件下，有效的催化分解油气废气。
发明内容
本发明第一个方面提出了一种油气废气的高效催化分解方法，包括以下步骤：
(1)将负载有高效催化剂的合金载体安装于气密性好的容器中，所述容器的一端外侧安装有风帽；
(2)油气废气进入容器后，与负载有催化剂的合金载体充分接触；
(3)催化完成后，剩余气体从风帽排出容器。
在本申请中，合金载体的形状、尺寸、材质不做具体限定。容器的形状和材质不做具体限定，优选为长方形的钢合金容器，在本申请中，风帽来源于杭州超微环保科技有限公司。在本申请中，自然风吹过风帽产生的风动力，带动油气废气缓慢的进入容器中，让油气废气与催化剂充分接触，进行油气废气的催化分解。
在一种优选的实施方式中，所述油气废气中包含的气体包括烷类气体、烷烃类气体、醛类气体、酮类气体、氨类气体。
在一种优选的实施方式中，所述油气废气进入容器的流速为300-400m3/d。
在一种优选的实施方式中，所述步骤(1)中的高效催化剂，制备原料包括金属颗粒、金属氧化物。
在一种优选的实施方式中，所述金属氧化物选自稀土金属氧化物、贵金属氧化物、常规金属氧化物中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述金属氧化物为稀土金属氧化物、贵金属氧化物、常规金属氧化物的混合物质。
在一种优选的实施方式中，所述稀土金属氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化钇、氧化镨、氧化钕、氧化镱中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述稀土金属氧化物为氧化铈。
在本申请中，氧化铈购买于晶瑞新材料有限公司，型号为VK-Ce03。
在一种优选的实施方式中，所述金属氧化物中稀土金属氧化物占金属氧化物总质量的3-10％。
在一种优选的实施方式中，所述氧化铈占金属氧化物总质量的6％。
在一种优选的实施方式中，所述常规金属氧化物选自氧化钛、氧化锆、氧化锰、氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化镍、氧化钴中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述常规金属氧化物为氧化锰和氧化铝的复配物质。
在一种优选的实施方式中，所述氧化锰和氧化铝的质量比为1：(3-10)。
在一种优选的实施方式中，所述氧化锰和氧化铝的质量比为1：4.5。
在本申请中，氧化铝购买于奥太新材料科技有限公司，目数为5000目。氧化锰购买于浙江亚美纳米科技有限公司，型号为AM-MnO2-036-2。
在一种优选的实施方式中，所述贵金属氧化物选自氧化铂、氧化铑、二氧化铱、三氧化铱、氧化银、氧化钌中、二氧化锇中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述贵金属氧化物为氧化铑。
在一种优选的实施方式中，所述金属氧化物中贵金属氧化物占金属氧化物总质量的0.1-5％。
在一种优选的实施方式中，所述氧化铑占金属氧化物总质量的0.1-3％。
在一种优选的实施方式中，所述氧化铑占金属氧化物总质量的1.2％。
在一种优选的实施方式中，所述金属颗粒选自稀土金属颗粒、贵金属颗粒中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述贵金属颗粒包括纳米铂金属颗粒、纳米铑金属颗粒、纳米银金属颗粒、纳米钌金属颗粒中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述贵金属颗粒包括纳米铂金属颗粒和纳米铑金属颗粒的复配物质。
在一种优选的实施方式中，所述纳米铂金属颗粒、纳米铑金属颗粒的质量比为(5-10)：1。
在一种优选的实施方式中，所述纳米铂金属颗粒、纳米铑金属合理的质量比为8：1。
申请人在实验过程中发现，以氧化锰、氧化铝、氧化铑和氧化铈复配得到的金属氧化物，可以提高催化剂的催化效率，并且还可以增加催化剂与合金载体间的结合强度，降低催化剂掉落的现象。申请人推测可能的原因是，催化剂在催化分解油气废气的过程中，可以直接以油气废气中的氨类气体、烃类气体等作为还原剂，与醛类气体、酮类气体等反应，将油气废气直接转化成二氧化碳、水、氮气等物质，提高油气废气的催化分解效率和分解安全性。并且金属氧化物制备催化剂的过程中加入贵金属颗粒，贵金属颗粒与金属氧化物结合，通过促进金属氧化物的催化能力，进一步提高了油气废气的分解速率。
在一种优选的实施方式中，所述制备原料还包括分散剂、去离子水。
在一种优选的实施方式中，所述分散剂选自羧甲基纤维素、聚乙烯醇、稀土硝酸盐、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述分散剂为羧甲基纤维素。
在一种优选的实施方式中，所述催化剂的制备原料按照重量份计，包括：金属颗粒0.1-1份、金属氧化物1-15份、分散剂2-10份、去离子水75-95份。
在一种优选的实施方式中，所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：将离子水加入搅拌容器中，加金属氧化物，搅拌均匀，再加入金属颗粒和分散剂，搅拌均匀。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1.本发明制备的催化剂，将贵金属氧化物、稀土金属氧化物、贵金属颗粒负载于常规金属氧化物上，通过多种具有催化和氧化还原分解能力的金属化合物让整个油气废气的分解过程可以在无外加氧化剂或还原剂的条件下进行，催化分解过程安全环保，废气的催化分解率大于80％。
2.本发明提供的油气废气高效催化分解方法，无需电力驱动和热动力驱动，利用排放的油气废气自身的温度带来的上升动力和自然界的风动力，让废气进入到催化反应容器中，与催化剂充分接触，与此同时，本发明提供的油气废气高效催化分解方法，催化过程无需外加热源和外加电源，适用于石油化工、油气开采等行业。
具体实施方式
实施例1
本实施例提出了一种油气废气的高效催化分解方法，包括以下步骤：
(1)将负载有高效催化剂的合金载体安装于气密性好的容器中，所述容器的一端外侧安装有风帽；
(2)油气废气进入容器后，与负载有催化剂的合金载体充分接触；
(3)催化完成后，剩余气体从风帽排出容器。
所述风帽来源于杭州超微环保科技有限公司。
所述油气废气进入容器的流速为300m3/d。
所述步骤(1)中的高效催化剂，制备原料，按重量份计，包括金属颗粒0.3份、金属氧化物12份、羧甲基纤维素5份、去离子水85份。
所述金属颗粒为纳米铂金属颗粒、纳米铑金属颗粒，纳米铂金属颗粒、纳米铑金属合理的质量比为8：1，纳米铂金属颗粒、纳米铑金属颗粒购买于北京德科岛金科技有限公司。
所述金属氧化物为氧化锰、氧化铝、氧化铑和氧化铈，氧化锰、氧化铝、氧化铑和氧化铈的质量比为16.87:75.93:1.2:6。氧化铝购买于奥太新材料科技有限公司，目数为5000目。氧化锰购买于浙江亚美纳米科技有限公司，型号为AM-MnO2-036-2。氧化铑购买于上海久岭化工有限公司。氧化铈购买于晶瑞新材料有限公司，型号为VK-Ce03。
实施例2
本实施例第一个方面提出了一种油气废气的高效催化分解方法，包括以下步骤：
(1)将负载有高效催化剂的合金载体安装于气密性好的容器中，容器的一端外侧安装有风帽；
(2)油气废气进入容器后，与负载有催化剂的合金载体充分接触；
(3)催化完成后，剩余气体从风帽排出容器。
所述风帽来源于杭州超微环保科技有限公司。
所述油气废气进入容器的流速为300m3/d。
所述步骤(1)中的高效催化剂，制备原料，按重量份计，包括金属颗粒0.5份、金属氧化物10份、羧甲基纤维素4份、去离子水85份。
所述金属颗粒为纳米铂金属颗粒、纳米铑金属颗粒，纳米铂金属颗粒、纳米铑金属合理的质量比为8：1，纳米铂金属颗粒、纳米铑金属颗粒购买于北京德科岛金科技有限公司。
所述金属氧化物为氧化锰、氧化铝、氧化铑和氧化铈，氧化锰、氧化铝、氧化铑和氧化铈的质量比为16.87:75.93:1.2:6。氧化铝购买于奥太新材料科技有限公司，目数为5000目。氧化锰购买于浙江亚美纳米科技有限公司，型号为AM-MnO2-036-2。氧化铑购买于上海久岭化工有限公司。氧化铈购买于晶瑞新材料有限公司，型号为VK-Ce03。
实施例3
本实施例第一个方面提出了一种油气废气的高效催化分解方法，包括以下步骤：
(1)将负载有高效催化剂的合金载体安装于气密性好的容器中，容器的一端外侧安装有风帽；
(2)油气废气进入容器后，与负载有催化剂的合金载体充分接触；
(3)催化完成后，剩余气体从风帽排出容器。
所述风帽来源于杭州超微环保科技有限公司。
所述油气废气进入容器的流速为300m3/d。
所述步骤(1)中的高效催化剂，制备原料，按重量份计，包括金属氧化物12份、羧甲基纤维素5份、去离子水85份。
所述金属氧化物为氧化锰、氧化铝、氧化铑和氧化铈，氧化锰、氧化铝、氧化铑和氧化铈的质量比为16.87:75.93:1.2:6。氧化铝购买于奥太新材料科技有限公司，目数为5000目。氧化锰购买于浙江亚美纳米科技有限公司，型号为AM-MnO2-036-2。氧化铑购买于上海久岭化工有限公司。氧化铈购买于晶瑞新材料有限公司，型号为VK-Ce03。
性能测试
测试不同实施例对油气废气的催化分解率。测试条件如下：废气流速300m3/d、废气的温度为85-110℃、废气组成包括：NH3、CH2Cl2、CH2O、C2H6、N2、O2，其中NH3、CH2Cl2、CH2O、C2H6的总浓度为300ppm，记为C1，O2体积占废气总体积的7％，N2为载气。收集催化分解2小时后，通过风帽排出的气体，测试其中NH3、CH2Cl2、CH2O、C2H6的总浓度，记为C2，计算废气处理率。数据记录在表1中。
废气处理率％＝(C1-C2)/C1*100％。
表1
| 废气处理率％ | |
| 实施例1 | 86.5％ |
| 实施例2 | 84.7％ |
| 实施例3 | 80.3％ |
Claims (5)
1.一种油气废气的高效催化分解方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将负载有高效催化剂的合金载体安装于气密性好的容器中，所述容器的一端外侧安装有风帽；
（2）油气废气进入容器后，与负载有催化剂的合金载体充分接触；
（3）催化完成后，剩余气体从风帽排出催化反应器；
所述步骤（1）中的高效催化剂的制备原料包括金属颗粒、金属氧化物；
所述金属氧化物为稀土金属氧化物、贵金属氧化物、常规金属氧化物的混合物质；
所述常规金属氧化物选自氧化钛、氧化锆、氧化锰、氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化镍、氧化钴中的至少一种；
所述金属氧化物中贵金属氧化物占金属氧化物总质量的0.1-5%；
所述金属氧化物中稀土金属氧化物占金属氧化物总质量的3-10%；
所述金属颗粒为贵金属颗粒；
所述贵金属颗粒包括纳米铂金属颗粒和纳米铑金属颗粒的复配物质；纳米铂金属颗粒、纳米铑金属颗粒的质量比为（5-10）：1。
2.根据权利要求1所述的高效催化分解方法，其特征在于，所述贵金属氧化物选自氧化铂、氧化铑、二氧化铱、三氧化铱、氧化银、氧化钌、二氧化锇中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高效催化分解方法，其特征在于，所述制备原料还包括分散剂、去离子水。
4.根据权利要求3所述的高效催化分解方法，其特征在于，所述分散剂选自羧甲基纤维素、聚乙烯醇、稀土硝酸盐、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高效催化分解方法，其特征在于，所述催化剂的制备原料按照重量分计，包括：金属颗粒0.1-1份、金属氧化物1-15份、分散剂2-10份、去离子水75-95份。
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